(57)【要約】【課題】  斜めから入射する光に対しても高いコントラストが得られる垂直配向型液晶分子を用いた液晶表示デバイスを提供することである。【解決手段】  対向する基板表面に電極を有する一対の基板と、この一対の基板間に挟持される垂直配向型液晶分子を含む液晶層とを有する垂直配向型液晶表示デバイスにおいて、各基板表面の配向層で規定する配向軸をずらすことにより、上記一対の基板間で、液晶分子のプレチルト方向をツイストさせる。【選択図】      図１
2007094447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対の基板と、
前記一対の基板間に挟持される垂直配向型液晶分子を含む液晶層と、
前記垂直配向型液晶分子のプレチルト方向を、前記一対の基板間で面内角度にして８０度〜１５０度ツイストするように配向処理された配向層と、
を備え、
前記一対の基板は、その一方が光を透過する電極を有し、他方が光を反射する電極とアクティブマトリクス型の駆動回路とを有することを特徴とする液晶表示デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示デバイスに関し、特に垂直配向型液晶分子を用いた場合の
液晶分子の配向に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プレゼンテーション用途としてコンピュータ映像を拡大表示したり、ホ
ームシアター用途として迫力ある大画面のビデオ映像を楽しむ目的から投射型の
液晶プロジェクタが使用される機会が増えている。
【０００３】
これらの液晶プロジェクタには高精細化、高輝度化、小型化が求められるとと
もに、応答速度の早さ、高いコントラストが望まれている。
【０００４】
反射型液晶表示デバイスは、開口率を大きくとれることから、液晶プロジェク
タ用途で広く用いられている。反射型液晶表示デバイスの場合は、透明電極を基
板表面に形成した一方の基板と反射電極および駆動回路を配した他方の基板を対
向配置し、その間に液晶層を挟持した構造を有する。
【０００５】
ここで、液晶層を構成する液晶分子にはいくつかの配向型（配列モード）があ
り、この配向型に従い、上下の電極間にかかる電圧により液晶分子の配列変化を
示す。例えば、水平配向型（ホモジニアス配列モード）液晶分子は、電圧が印加
されていない初期状態においては、基板面にほぼ平行に配列しており、電圧の印
加により、液晶分子の誘電異方性により基板面に垂直に配列する。一方、垂直配
向型（ホメオトロピック配向モード）液晶分子は、負の誘電異方性を有し、初期
状態では基板面にほぼ垂直な方向に配列しており、電圧の印加により、基板面に
平行方向に配列する。
【０００６】
最近、垂直配向型液晶分子は、応答速度が早く高いコントラストが得られる（
Anna M Lackner,J.David Majarum et a.,Proceedings of the SID,Vol.31/4321/
326,1990)ことから、高精細プロジェクタ用表示デバイスへの使用が望まれてい
る。
【０００７】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、従来の垂直配向型液晶分子の配向状態を概略的に
示す図である。例えば反射型の液晶表示デバイスの場合、一対の基板１２０、１
３０で挟持された液晶層は、負の誘電異方性を持つネマティック液晶で構成され
る。図６（ａ）に示すように、上下の基板間に電圧がかかっていない初期状態で
は、垂直配向型液晶分子１４０は、基板面にほぼ垂直方向に配列しており、電圧
の印加に伴い基板面に平行になる方向に倒れる。しかし、後述するプレチルトの
付与がない場合は、倒れる向きはばらばらであり、表示むらを伴う。
【０００８】
そこで、最近の垂直配向型液晶分子を用いた液晶デバイスでは、図６（ｂ）に
示すように、基板間に電圧がかけられていない初期状態で、液晶分子にわずかな
傾斜を与えている。このような初期の液晶分子に与えられる配向をプレチルトと
いい、その配向状態は、基板面に垂直な軸に対する傾斜角である方位角θｐと基
板面内の配向方向で規定される。一般に、プレチルトの配向状態は、配向層に付
与する配向処理で調整するが、基板自体を傾けることでプレチルトを付与する場
合もある。プレチルトが付与された場合は、上下の基板間に一定以上の電圧が印
加されると、図６（ｃ）に示すように、液晶分子はプレチルトにより規定された
方向に揃って倒れるため、上述のような表示むらがなくなる。
【０００９】
なお、プレチルトの配向状態が上下基板間で揃うように基板１２０、１３０そ
れぞれの表面の配向層には、同一軸で逆向きの面内配向方向が付与されている。
この配向軸は、基板１２０上に配置される図示しない偏光板の偏光軸に対し４５
度の面内角度に通常調整されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
液晶プロジェクタでは、小型で高輝度のプロジェクタを実現するため、液晶表
示デバイスの光学系としてＦ値（焦点距離を開口径で割った値）がより小さいレ
ンズを用いる傾向にあり、液晶表示デバイスへの入射光はよりコーンアングルの
大きな光となってきている。
【００１１】
垂直配向型液晶分子を用いた液晶表示デバイスは、垂直に入射する光に対して
は上述するように高いコントラストが得られるものの、入射光が傾斜してくると
、コントラストが低下してしまう。従ってＦ値が小さいレンズを用いた場合、垂
直配向型液晶分子の利点である高コントラストが得られないという問題が生じて
いる。
【００１２】
加えて、上述するように、プレチルトの付与により、初期状態の液晶分子には
数度の傾斜が与えられるため、入射光の実質的な傾斜角はさらに大きいものとな
る。
【００１３】
そこで、本発明は上述する課題に鑑み、斜めから入射する光に対しても高いコ
ントラストが得られる垂直配向型液晶分子を用いた液晶表示デバイスを提供する
ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は次の手段を有する。
対向する一対の基板と、前記一対の基板間に挟持される垂直配向型液晶分子を含む液晶層と、前記垂直配向型液晶分子のプレチルト方向を、一対の基板間で面内角度にして８０度〜１５０度ツイストするように配向処理された配向層とを備え、前記一対の基板は、その一方が光を透過する電極を有し、他方が光を反射する電極とアクティブマトリスク型の駆動回路とを有することを特徴とする液晶表示デバイスである。
【００１５】
なお、ここで液晶分子のプレチルト方向とは、面内配向方向をいう。基板面に
垂直な軸に対する傾斜角は特に限定されない。
【００１６】
ノーマリーブラック（電圧がＯＦＦで黒を表示）では、電圧をかけないときの
光強度がコントラスト比を左右する。電圧を印加しない状態の液晶分子は上述す
るようなツイスト配向処理により、一対の基板間で液晶分子の配向方向が一定で
なく、ツイストするプレチルト方向を示す。液晶分子のプレチルト方向がツイス
トしていると、斜めから入射する光を用いた場合の表示コントラストの観察角度
依存性が緩和され、極端なコントラスト不良域の発生をなくすため、全体的なコ
ントラストの改善が可能となる。
【００１７】
なお、一対の基板の一方に反射電極を有する反射型液晶表示デバイスを用いる
場合は、上記配向層が、垂直配向型液晶分子のプレチルト方向を一対の基板間で
面内角度にして８０度〜１５０度ツイストさせるように配向処理されていること
が好ましい。液晶分子のプレチルト方向をツイストさせるためには、一対の基板
それぞれの表面に形成する各配向層の配向軸をずらすようにすればよい。例えば
、８０度〜１５０度ツイストさせるには、一方の基板表面の配向層に形成する配
向軸と他方の基板表面の配向層に形成する配向軸とのなす面内角度を８０度〜１
５０度となるようにずらせばよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の液晶表示デバイスは、垂直配向型液晶分子を用
いる場合において、液晶層を挟持する一対の基板表面の配向層にそれぞれ異なる
軸方向の配向処理を行い、液晶分子の配向、特にプレチルト方向を基板間でツイ
ストさせることにより、電圧が印加されていないＯＦＦ時の暗状態をより暗くし
、コーンアングルの大きな光に対してもコントラストの低下を抑制できる。よっ
て、表示性能を劣化させずに、Ｆ値の小さな光学系との組み合わせにより、小型
、高輝度の表示システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の液晶表示デバイスは、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、垂直配
向型液晶分子を用いた液晶表示デバイスにおいて、上下の基板表面の配向層それ
ぞれに配向処理で規定する配向軸を面内角度でθｔずらし、上下の基板間の液晶
分子のプレチルト方向をツイストさせる構造を有することを主な特徴とする。以
下、図面を参照しながらより具体的に本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
本発明の具体的な実施の形態の説明に入る前に、本願発明者等の測定により求
めた、従来の垂直配向型液晶分子を用いた反射型液晶表示デバイスにおけるコン
トラストと面内観察角度との関係について説明する。
【００２１】
その測定系を図２に示す。光源６０からの入射光は、偏光子６２を介して液晶
デバイスに入射され、液晶層を通り、反射電極に達し、ここで反射され、再び液
晶層を通って外部に射出される。この射出光は、検光子６４を介して検出器６６
で測光される。なお、偏光子６２と検光子６４の偏光軸は、互いにクロスする関
係に配置する。
【００２２】
入射光は、Ｆ値の小さな光学系を使用したコーンアングルが大きい入射光を想
定し、入射角を約１０度に設定した。
【００２３】
上下の基板表面に形成される配向層には配向軸が同じで、配向の向きが逆にな
るようなラビング処理を施した。即ち、この測定対象とした従来型液晶表示デバ
イスでは、上下の基板間で液晶分子のプレチルト方向は同一方向に揃っており、
ツイストしていない。なお、配向軸は、偏光子６２の偏光軸に対し面内角度で４
５度になるように調整した。すなわち、電圧ＯＦＦの液晶分子がプレチルト配向
している状態で暗表示、電圧ＯＮの液晶分子が基板面に平行となる方向に倒れる
状態で明表示するものである。
【００２４】
図３に測定結果を示す。縦軸にはコントラスト、横軸に面内観察角度を示した
。なお、面内観察角度は、偏光子６２の偏光軸とクロスする軸を起点とし面内で
０度〜３６０度回転させた。
【００２５】
図３から明らかなように、コントラストは一定の周期をもって変化し、９０度
〜１８０度、および２７０度〜３６０度の範囲においてコントラストが大きく低
下する。
【００２６】
入射光が、コーンアングルを持つ場合、表示性能を定めるコントラストは全て
の入射角の光のＯＮ／ＯＦＦのトータルな明暗比で表される。よって極端にコン
トラストの悪い領域が存在するとトータルなコントラスト性能も低下する。
【００２７】
また、コントラストは、ＯＮ／ＯＦＦ時の明暗比で現されるため、ＯＦＦ（全
暗）状態で、十分暗状態を確保できなければ、良好なコントラストを得ることは
できない。よって、コントラストを改善するには、暗状態、即ち液晶分子が、プ
レチルト配向している状態で、十分暗いことが望まれる。
【００２８】
次に、これらの知見に基づく本実施の形態にかかる液晶表示デバイスについて
図１（ａ）、図１（ｂ）、図４（ａ）、および図４（ｂ）を参照しながら説明す
る。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、本実施の形態にかかる液晶表示デバイスは、アクテ
ィブマトリックス型の駆動用ＭＯＳＩＣと画素電極が形成されたＭＯＳＩＣ基板
３５と、これと対峙させる透明電極付基板４５それぞれの表面に、垂直配向用配
向層であるポリイミド膜を塗布し、焼成後、ラビングにより配向処理を行った後
、この２枚の基板を３．２μｍの厚みスペーサを挟んで張り合わせ、誘電異方性
が負のネマティック液晶を注入して作製する。なお、液晶分子へのプレチルトの
付与は、垂直配向用ポリイミド材料の種類とラビング量の最適化により行う。
【００３０】
例えば、一方のＭＯＳＩＣ基板３５の配向層には図４（ａ）下部に示すように
Ｘ軸からθ１の角度方向に配向軸βを持つようにラビングを行い、他方の透明電
極付基板４５の配向層には、図４（ｂ）に示すように、上下の基板を合わせたと
きにラビングにより規定する配向層の面内配向軸が、上下基板間でθｔ回転する
ように、Ｘ軸からθ２の角度方向に配向軸αを持つようラビングを行う。
【００３１】
図１（ａ）、図１（ｂ）は、上述の方法で作製した液晶表示デバイスの液晶分
子の配向状態を示す概略図である。ＯＦＦ状態（暗状態）では、図１（ａ）に示
すように、基板２０と基板３０の間に挟持された液晶分子４０は、上下の配向層
で規定されるプレチルト状態を示す。すなわち、基板面に垂直な軸に対してθｐ
度のプレチルト傾斜角を示すとともに、面内のプレチルト方向は、上下の基板の
配向層に施した面内配向軸方向に従う。図１（ｂ）に示すように、上の基板２０
の配向層に施された配向軸αと下の基板３０の配向層に施された配向軸βは面内
角度でθｔ異なるため、プレチルト方向は、上下の基板間でほぼ連続的にθｔ度
ツイストした（ねじれた）状態となる。なお、以下θｔをツイスト角と呼ぶ。
【００３２】
上下の基板２０と３０間に一定以上の電圧が印加され、ＯＮ状態（明状態）に
なると、液晶分子は基板２０および基板３０に平行な方向に印加電圧に応じて倒
れる。この際、液晶分子はプレチルトで規定された方向に倒れる。従って、ＯＮ
時の液晶分子も、上下の基板間で連続的にθｔ度ツイストした（ねじれた）状態
を示す。
【００３３】
図５は、上述の方法で作製した本実施の形態にかかる液晶デバイスのコントラ
ストと上下の基板間における液晶分子のツイスト角（θｔ）の関係を示すグラフ
である。ここでは、従来の液晶表示デバイスにおいて、低いコントラストしか得
られなかった観察角である４５度、１３５度、２２５度、３１５度（図３中のＡ
〜Ｄ点）におけるコントラストとツイスト角θｔとの関係を示した。測定条件は
、図２に示す方法と同じ条件を用いた。即ち、入射光は、基板に垂直な方向より
１０度傾斜した角度から液晶表示デバイスに入射する。なお、ツイスト角が０度
のときの偏光軸と配向軸のなす角θは４５度であり、ツイスト角が０度以外のと
きは（θ１＋θ２）／２を４５度とした。
【００３４】
液晶表示デバイスの全体的なコントラストを改善するには、コントラストが低
い観察角度で、より高いコントラストを提供することが重要である。そこで従来
の液晶デバイスではコントラストが低かった４５度、１３５度、２２５度、３１
５度の観察角度におけるコントラストに注目すると、図５に示すように、ツイス
ト角θｔが大きくなるに従い、４５度と２２５度の観察角度におけるコントラス
トは徐々に大きくなる。１３５度と３１５度の観察角度からでは、コントラスト
は一旦上昇した後、下がっていく変化を示す。配向ツイスト角が１２０度付近で
コントラストが交差している。また、配向ツイスト角が１５０度以上になるとＯ
Ｎ状態の明るさに低下が見られるため、４５度と２２５度でのコントラストが飽
和する。
【００３５】
これらの結果より、液晶分子のプレチルト方向を上下基板間でツイストさせる
ことで、最低コントラストを高くできる。特にツイスト角を８０度〜１５０度付
近に設定すると、どの観察角度からも最低のコントラストを少なくとも従来のよ
うにツイスト角０度の場合の２倍以上にできることがわかる。
【００３６】
上下の基板間でＯＦＦ時（暗状態）の液晶分子の配向、すなわちプレチルト方
向が一方向に揃っている場合は、ある観察角度では、コントラストが大きく低下
し、この低コントラスト領域の存在が表示性能に大きく影響する。これに対し、
ＯＦＦ時（暗状態）の液晶分子のプレチルト方向を上下の基板間でツイストさせ
ると、液晶分子の向きが多方向に分散されるためコントラストと観察角度の依存
性が緩和され、極端なコントラスト不良域の発生を抑制できるものと解される。
即ち、液晶分子にツイスト配列を付与することにより、極端に表示コントラスト
の低い観察角度の発生を抑制し、全体的なコントラストを向上させることができ
る。
【００３７】
従って、このようなデバイスを用いることにより、斜めより入射する光に対し
も高いコントラストが得られるため、コーンアングルの大きな入射光が使用でき
る。即ちＦ値の小さい光学系を用いて、小型、高輝度の液晶表示システムを提供
できる。
【００３８】
以上、本発明の液晶表示デバイスについて、実施の形態に沿って説明したが、
本発明は、上述する実施の形態の記載に限定されるものではない。種々の改良が
可能なことは当業者に明らかである。
【００３９】
例えば、上述の例では、主に反射型液晶表示デバイスについて説明したが、透
過型液晶表示デバイスにおいても垂直配向型液晶分子を用いる場合は同様に上下
の基板間で液晶分子のプレチルト方向にツイストを付与することで、同様な効果
を得ることができる。
【００４０】
また、上述の例では、液晶プロジェクタに用いる液晶表示デバイスについて中
心に説明したが、垂直配向型液晶分子を用いる場合は、直視型の液晶表示デバイ
スに対しても同様な効果を有し、コントラストを劣化させることなく、視野角の
広いデバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施の形態にかかる液晶分子の配向状態を示す概略構成図である。
【図２】コントラストの測定方法を説明するための図である。
【図３】従来の液晶表示デバイスにおけるコントラストと観察角度との関係を示すグラフである。
【図４】本実施の形態における配向処理の様子を説明する図である。
【図５】本実施の形態におけるコントラストと液晶分子のツイスト角の関係を示すグラフである。
【図６】従来の液晶表示デバイスにおける液晶分子の配向状態を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００４２】
２０  基板
３０  基板
３５  ＭＯＳＩＣ基板
４０  液晶分子
４５  透明基板
５０  画素電極
【図１】
2007094447.tif 000003
【図２】
2007094447.tif 000004
【図３】
2007094447.tif 000005
【図４】
2007094447.tif 000006
【図５】
2007094447.tif 000007
【図６】
2007094447.tif 000008